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韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射資料圖（來源：NASA）
經(jīng)過多年推遲后，美國東部時間2021年12月25日7時20分（北京時間2021年12月25日20時20分），備受全世界天文學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，JWST）終于從位于南美洲的法屬圭亞那航天發(fā)射基地發(fā)射升空。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡研發(fā)資料圖（來源：NASA）
建造歷時20余年，耗資達(dá)100億美元，韋布空間望遠(yuǎn)鏡由NASA、歐空局、加拿大航天中心合作打造。部署成功后，它將成為世界上最大、也是最強(qiáng)的太空天文望遠(yuǎn)鏡，有望找到宇宙中最早形成的星系。
何以堪稱“最大”“最強(qiáng)”？記者采訪了天文學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺研究員茍利軍。
茍利軍
主鏡直徑長達(dá)6.5米
遮陽板大如網(wǎng)球場
千百年來，當(dāng)人類仰望星空時，總是好奇于茫茫宇宙從何而來。自20世紀(jì)60年代以來，人類先后發(fā)射了一系列太空望遠(yuǎn)鏡尋找答案。
相較于“同儕”，韋布空間望遠(yuǎn)鏡是個不折不扣的“大家伙”。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖（來源：NASA）
“大”在于體形，與常見的望遠(yuǎn)鏡不同，它的光學(xué)主鏡面由18片六邊形鏡片組成，直徑長達(dá)6.5米，完全舒展后，主鏡猶如一朵盛放的金色向日葵，是有史以來送入太空最大的天文空間望遠(yuǎn)鏡。
“大”有何所用？“望遠(yuǎn)鏡面積越大，它收集光線的能力就越強(qiáng)，可以看得更遠(yuǎn)。與此同時，望遠(yuǎn)鏡直徑越大，它的分辨率越高，能看得更清晰?！逼埨娊忉?，相較于目前最大的空間望遠(yuǎn)鏡——哈勃望遠(yuǎn)鏡，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的分辨率提升了近3倍。
由于體形巨大，韋布空間望遠(yuǎn)鏡不得不以折疊狀態(tài)發(fā)射升空。同時，在精密性方面，18塊六角反射鏡背面，還安裝了7個馬達(dá)，能在10納米精度范圍內(nèi)調(diào)整鏡片形狀和方向。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡的遮陽板資料圖（來源：NASA）
韋布空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡下方，有一個5層的可展開遮陽板。它的面積約為300平方米，足有一個網(wǎng)球場那么大。每一層遮陽板都由獨特的復(fù)合材料制成，有特定的厚度和尺寸，能有效隔絕太陽、地球和航天器總線電子設(shè)備的熱量。
“這可以讓韋布空間望遠(yuǎn)鏡保持極低溫度，避免它們產(chǎn)生太大的背景噪聲，影響天文觀測。”茍利軍說。
由于體形較大，韋布空間望遠(yuǎn)鏡只能折疊起來發(fā)射。（來源：NASA）
“看見”遙遠(yuǎn)星光
尋找宇宙起源的答案
觀測遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光線，有望揭秘宇宙結(jié)構(gòu)和起源的奧秘。
作為哈勃望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”，設(shè)計之初，韋布空間望遠(yuǎn)鏡就致力于捕捉135億年前，宇宙大爆炸后形成的第一批星系發(fā)出的光亮。
浩瀚宇宙資料圖（來源：NASA）
茍利軍介紹，由于宇宙不斷膨脹，這批星系正在遠(yuǎn)離地球，而多普勒效應(yīng)也開始發(fā)揮作用。就像救護(hù)車經(jīng)過并開始遠(yuǎn)離你時，其鳴笛的音調(diào)會下移并變得更低，來自遙遠(yuǎn)星系的光的波長也會從可見光，下移到紅外光。
接收紅外信號正是韋布空間望遠(yuǎn)鏡的拿手好戲。它的主鏡仿佛一個太陽能集中器，能使光線聚集在一點。感知到微弱的紅外線輻射后，韋布空間望遠(yuǎn)鏡上搭載的科學(xué)儀器就會紛紛開始工作。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖（來源：NASA）
首先是近紅外攝像機(jī)，它如同望遠(yuǎn)鏡的“眼睛”，能捕捉到第一批恒星和星系的光，并創(chuàng)建暗物質(zhì)地圖。其次是近紅外光譜儀，它將對紅外線所攜帶的物理、化學(xué)信息進(jìn)行分析，檢測其中的物質(zhì)成分含量，如水、空氣。再者是精確引導(dǎo)傳感器，它能幫助韋布空間望遠(yuǎn)鏡調(diào)整觀測姿態(tài)，獲取更高質(zhì)量的紅外線圖像。最后，所有科學(xué)數(shù)據(jù)將通過地球指向天線傳回地球。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射受到全世界天文學(xué)界的關(guān)注，許多天文學(xué)家期待，它能帶給人類新的發(fā)現(xiàn)，“我也很期待它能在觀測遙遠(yuǎn)的早期宇宙方面取得進(jìn)展。”茍利軍說。
發(fā)射推遲14年
為何成為“鴿王”？
韋布空間望遠(yuǎn)鏡項目從1996年開始提出，美國宇航局向全國招標(biāo)，發(fā)起這一極端精密的新式空間望遠(yuǎn)鏡計劃。研究人員曾預(yù)計，該望遠(yuǎn)鏡將于2007年發(fā)射，然而因為各種原因不斷推遲。
至2021年12月，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射比原計劃日期推遲了14年左右，因此被冠上“鴿王”稱號。
而最近的一次推遲，是因為近期在裝載進(jìn)運載火箭時，由于操作人員失誤，在沒有夾緊卡箍的時候移動了望遠(yuǎn)鏡，導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡遭受了異常震動，不得不推遲發(fā)射。
第二拉格朗日點（L2）位置（來源：NASA）
“天文望遠(yuǎn)鏡體積巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對精度要求也高。韋布空間望遠(yuǎn)鏡的軌道在距離地球150萬公里外的第二拉格朗日點（L2），這意味著一旦發(fā)射，如果出現(xiàn)問題，將沒有任何人能去維修。因此在發(fā)射前，必須確保萬無一失?！逼埨娬f。
此外，研發(fā)過程中，韋布空間望遠(yuǎn)鏡造價也不斷提升，實際耗資100億美元，比最初的預(yù)算超出多倍。過程中頻繁提高預(yù)算，一度使得美國相關(guān)單位頗有微詞，發(fā)生因資金不足而推遲的事件。
韋布空間望遠(yuǎn)鏡的部署路線圖（來源：NASA）
即便如今發(fā)射了，也并不意味著一勞永逸。進(jìn)入預(yù)定軌道之后，韋布空間太空望遠(yuǎn)鏡仍有很長的路要走。它將執(zhí)行一系列操作，包括展開巨大的反光鏡、部署五層防曬薄膜、根據(jù)地面指令調(diào)整鏡面等，預(yù)計需再耗時幾個月時間。
最終，韋布空間望遠(yuǎn)鏡能帶給人類怎樣的驚喜？且耐心以待。
伴飛空間站
中國“巡天”指日可期
空間天文望遠(yuǎn)鏡是人類進(jìn)行天文觀測，了解宇宙的重要手段。在這方面，中國也有自己的計劃。
2021年4月29日，隨著“天和”核心艙發(fā)射，中國空間站正式進(jìn)入組建階段。未來，我國將擇機(jī)發(fā)射大口徑、大視場的空間天文望遠(yuǎn)鏡“巡天”，用于宇宙天文觀測，可謂中國空間站的“旗艦項目”之一。
中國“巡天”空間天文望遠(yuǎn)鏡示意圖（來源：中科院國家天文臺）
一般情況下，“巡天”將與中國空間站保持共軌飛行的狀態(tài)，即各自獨立，卻互伴不離。在需要進(jìn)行維修或者升級時，又可以短期?？吭诳臻g站。
“巡天”對標(biāo)的是哈勃望遠(yuǎn)鏡，口徑為2米，“‘巡天’的視場要比哈勃望遠(yuǎn)鏡大300倍，這意味著視野更為寬闊，能以更高的效率，系統(tǒng)研究宇宙演化的面貌?！逼埨娬f。
“巡天”空間望遠(yuǎn)鏡的第一代儀器搭載了許多精測模塊，包括巡天模塊、太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀和系外行星成像星冕儀。這些儀器將依托各自特點開展觀測，既可以精細(xì)化觀測，也可以無差別“巡天”，去尋找未知天體。
至于“巡天”的最新進(jìn)展，據(jù)了解，預(yù)計2022年末，將完成初樣鑒定件研制。（天目新聞記者曾楊希 謝履冰）
來源：天目新聞
責(zé)任編輯：胡惠雯
